李欣， 王博

（海軍駐常州地區(qū)航空軍事代表室，江蘇 常州 213022）

0 引言

某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)0042號(hào)在進(jìn)行機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作時(shí)，機(jī)務(wù)人員按照使用維護(hù)手冊(cè)要求攀轉(zhuǎn)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不暢，有明顯的卡滯，并且在燃?xì)鉁u輪（燃燒室）處伴有金屬摩擦聲。檢查發(fā)動(dòng)機(jī)滑油濾、磁性螺堵等附件等均無(wú)異常，打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的中軸承回油管進(jìn)行檢查也未發(fā)現(xiàn)有金屬粉末；檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的自由渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子均無(wú)異常顯示，基本排除了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件磨損的可能。

將發(fā)動(dòng)機(jī)返回承制廠后進(jìn)行全面的分解檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)前段機(jī)匣的連接后蓋、封嚴(yán)篦齒及封氣環(huán)的螺釘和鎖片有一套已完全脫落，在離心葉輪和后蓋之間的空腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)已磨損的金屬片，后蓋、葉輪均有一定程度的磨損，具體見(jiàn)圖1和圖2。通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象和檢查結(jié)果進(jìn)行分析，將本次壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子卡滯故障原因定位在鎖片、螺釘上。

1 故障分析

離心壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子及裝有篦齒和封氣環(huán)構(gòu)成的后蓋組件裝配關(guān)系見(jiàn)圖3。其中，鎖片被壓緊在螺釘頭下面，長(zhǎng)爪頂靠住壓氣機(jī)后蓋的止口，2個(gè)尖爪彎曲鎖緊螺釘?shù)牧筋^，螺釘?shù)牧硪欢擞?個(gè)沖鉚坑。

圖1 后蓋及金屬片

1）受力分析。篦齒和封氣環(huán)裝在后蓋上，處于懸臂狀態(tài)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中一直承受比較大的高頻振動(dòng)。該處由于緊靠燃燒室，溫度長(zhǎng)時(shí)間較高，后蓋前后的溫度和氣壓差較大。在冷熱交變、振動(dòng)、內(nèi)外壓力差等綜合因素的反復(fù)作用下螺釘極易松動(dòng)，一旦松動(dòng)，螺釘就會(huì)反復(fù)往松脫方向（逆時(shí)針?lè)较颍┦规i片的止動(dòng)片頂緊在后蓋止口上，而鎖片則受反復(fù)高頻旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)的振動(dòng)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，在后蓋對(duì)鎖片長(zhǎng)爪長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)作用下就導(dǎo)致應(yīng)力最大處（長(zhǎng)爪根部）出現(xiàn)疲勞裂紋。

圖2 離心葉輪

圖3 離心葉輪、后蓋的局部裝配圖

2）失效分析。假定進(jìn)入封嚴(yán)篦齒前的氣流壓力為P3，氣流通過(guò)封嚴(yán)篦齒外環(huán)進(jìn)入封嚴(yán)環(huán)腔壓力為P3′，再通過(guò)封嚴(yán)篦齒內(nèi)環(huán)進(jìn)入葉輪后腔壓力為P2′。根據(jù)分析計(jì)算可知，P3＞P3′＞P2′，加上離心葉輪高速旋轉(zhuǎn)的鼓風(fēng)效應(yīng)，在葉輪后腔內(nèi)存在低壓區(qū)，因此，螺釘正常工作時(shí)還要承受由后向前的壓力，再加上工作時(shí)的振動(dòng)、溫度變化等因素的共同作用，螺釘存在松動(dòng)的趨勢(shì)。采取螺釘配裝鎖片及另一端沖坑、較大的擰緊力矩要求這三項(xiàng)措施均是為了防止螺釘松動(dòng)的。

鎖片長(zhǎng)爪沿螺釘頭部壓緊處斷裂，鎖片裝配時(shí)有一定的方向要求，其長(zhǎng)爪沿逆時(shí)針?lè)较蝽斂吭诤笊w的止口上，以防止螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致松動(dòng)。

鑒于以上分析，某型發(fā)動(dòng)機(jī)螺釘及鎖片脫落的原因應(yīng)是鎖片斷裂導(dǎo)致螺釘鎖緊失效，在振動(dòng)、氣流壓力差、冷熱交變等各因素的共同作用下造成松動(dòng)，導(dǎo)致螺釘與高速旋轉(zhuǎn)的離心葉輪發(fā)生摩損，最終脫落，并在葉輪后腔內(nèi)滾動(dòng)碾壓，使螺釘碾成金屬片。

2 故障結(jié)論

1）沖鉚工藝要求不明確。對(duì)螺釘?shù)募庸み^(guò)程進(jìn)行復(fù)查時(shí)，發(fā)現(xiàn)螺釘端部有倒角，且沒(méi)有明確的沖鉚工藝要求，沖鉚孔起的防松效果較小，一旦鎖片斷裂，螺釘在失去預(yù)緊力的情況下會(huì)慢慢松動(dòng)。選取測(cè)繪樣機(jī)的螺釘與之進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)測(cè)繪樣機(jī)的螺釘端部倒角很小，但能起到明顯的防松效果，在鎖片斷裂的情況下可以起到止退螺釘?shù)淖饔谩?/p>

2）鎖片技術(shù)要求不明確。再對(duì)鎖片進(jìn)行工藝復(fù)查，發(fā)現(xiàn)鎖片長(zhǎng)爪根部倒角R（如圖4所示）在圖樣中未注尺寸要求，按未注尺寸要求為R0.3±0.2 mm，實(shí)際該處尺寸為R0.4 mm，雖符合圖樣尺寸要求，但在工作過(guò)程中因應(yīng)力集中很容易產(chǎn)生裂紋。

圖4 鎖片

3 改進(jìn)措施

根據(jù)上述原因分析，對(duì)在役發(fā)動(dòng)機(jī)和新制零件采取以下措施：

1）改進(jìn)裝配要求。明確螺釘?shù)难b配要求，調(diào)整螺釘合適的螺桿長(zhǎng)度L，使得螺釘、鎖片、后蓋組合、篦齒安裝邊（封嚴(yán)篦齒）、封氣環(huán)、裝配好的p=0.5 mm（p為螺釘超出封氣環(huán)端面的長(zhǎng)度）。用120°的沖錐在螺釘?shù)穆菁y尾端端面上沖2個(gè)徑向?qū)ΨQ的坑（沖坑中心離螺紋大徑約1 mm的位置，沖坑大小約φ1.5 mm，深度約0.5 mm）。要求沖坑的同時(shí)必須用一個(gè)銅棒頂住螺釘?shù)牧硪欢?，以避免沖坑時(shí)的沖擊力對(duì)螺紋或其它零件的損害。

2）完善設(shè)計(jì)尺寸。更改鎖片的設(shè)計(jì)要求，在保證配合公差為公差為±0.05的前提下，將鎖片厚度由0.5 mm增大為0.6 mm，并且明確鎖片長(zhǎng)爪根部R=0.8 mm。

為了保證p=0.5 mm，需要螺釘有足夠的螺桿長(zhǎng)度L。經(jīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸鏈進(jìn)行計(jì)算，需用螺釘?shù)穆輻U長(zhǎng)度L=14±0.2 mm。因此，為了保證極限情況下沖坑的效果，須對(duì)螺釘?shù)穆輻U長(zhǎng)度加長(zhǎng)約1 mm，直接選用長(zhǎng)度L=15±0.2 mm的螺釘替代，其它尺寸均相同。

3）對(duì)已制件的處理及外場(chǎng)使用分析。對(duì)庫(kù)存的已制鎖片停止使用，辦理報(bào)廢并隔離，防止流入工作現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)已交付外場(chǎng)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于后蓋與離心壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子之間基本是一個(gè)封閉腔，即便鎖片斷裂，掉塊也不易進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣流通道打壞其他零件從而危及飛行安全，而且在外場(chǎng)維護(hù)時(shí)能通過(guò)攀轉(zhuǎn)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子檢查的方式發(fā)現(xiàn)故障，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)的使用。對(duì)已交付外場(chǎng)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)合返廠修理工作更換新件。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車及發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)實(shí)際使用驗(yàn)證，未再反映卡滯問(wèn)題出現(xiàn)，證明該改進(jìn)措施有效，可以保證裝備的正常使用。